如果没有副反应的发生，锂离子电池在理论上可以实现无限次循环，但是由于目前常规碳酸酯类电解液在正负极表面并不稳定，因此在使用过程中电解液会在正负极表面发生分解反应，导致电池容量的持续衰降。
随着电动汽车产业的发展，对动力电池能量密度的要求也在不断提高，而传统的锂离子电池理论上的能量密度仅为390Wh/kg，而且在实际中由于集流体等非活性物质的存在，远远无法达到这一指标。
锂金属负极具有超高的的理论比容量(3860 mAh/g),极低的氧化还原电位(-3.04 V)和较低的质量密度,因而被视作下一代高能量密度可充电电池(>500 Wh/Kg)的终极负极材料。
电化学能量存储器件是未来新能源和洁净能源高效利用的重要手段之一。铁的氧化物因其理论容量高、价格低廉等特点是一种很有前景的水系储能负极材料。
Na-O2二次电池具有高理论能量密度和储量丰富的特点。但是因为含有立方体和无规则形状的大尺寸放电产物生成,电池的动力学特征缓慢。
金属锌(Zn)因其理论容量高(820 mAh g-1),电位低(相对于标准氢电极为-0.762 V),资源丰富,低毒性被认为是水系电池的理想负极材料。
过渡金属氧化物(TMOs)是一类重要的赝电容材料，因其理论比电容高于碳基材料(5–15μF·cm–2 )约一至两个数量级，在超级电容器中有重要的应用前景。
由于其理论比能量高，锂空气电池被认为是锂离子电池的潜在替代品。然而，迄今为止，这样的系统主要限于纯氧环境，并且由于涉及阴极、阳极和电解质的副反应而具有有限的循环寿命。
纳米硅碳作为锂离子电池负极材料，具有高储锂容量（其室温理论容量高达3580m∙Ah/g，远超石墨（372m∙Ah/g））、良好电子通道、较小应变及促使SEI膜稳定生长的环境。
